“升華和凝華”教學設計

徐一波 車國華

(江西省修水縣第二中學,江西 九江 332400)

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“升華和凝華”教學設計

徐一波 車國華

(江西省修水縣第二中學,江西 九江 332400)

通過人工造霜等三個分組實驗和現場制作干冰、人工煙霧、模擬冰窗花等演示實驗,讓學生充分觀察升華和凝華物理現象,建立升華和凝華的概念,探究物理規律,并聯系實際,分析日常生活、生產中的相關現象.

升華;凝華;教學設計

1 課標要求

經歷物態變化的實驗探究過程,了解物態變化過程中的吸熱和放熱現象.用物態變化的知識說明自然界和生活中的有關現象.

2 教學分析

2.1 教材分析

本節內容雖然不是本章的重點,但日常生活中關于升華和凝華的實例比較豐富,有利于激發學生的學習興趣和培養學生的分析問題能力.本節內容既是前面汽化、液化、熔化和凝固的延續,又為下一節學習自然界中水循環做好準備,并為后面學習物質的結構和屬性打下基礎.

2.2 學情分析

八年級學生剛學習物理不久,他們仍處于從形象思維向抽象思維的過渡時期,不同學生之間的智力水平和學習能力有較大差異,學習的動力和熱情大多來自他們的興趣;而物理教學以實驗為基礎,實驗幾乎伴隨著整個教學過程,所以在教學中,在注重知識邏輯的同時,應該重視學生的個人經驗和心理特點,把學生對物理現象的認識與物理知識結合起來,加強學生的親身體驗.由于學生對與升華、凝華有關的現象有一定的感性認識,且已經學習過其他四種物態變化,因此具備一定的觀察、分析能力,這有利于本節課的學習.

2.3 教學重、難點

教學重點為讓學生通過實驗感知升華和凝華兩種物態變化,并能解釋生活中的有關現象，難點為通過實驗探究升華吸熱、凝華放熱的規律.

3 教學資源

分組實驗材料包括碘錘、不銹鋼碗、熱水、易拉罐、小冰塊、食鹽等，課堂實驗材料包括二氧化碳滅火器(先用厚的長襪子包好瓶身)、厚布袋(舊棉衣袖筒)、孫悟空擺件、薄平面鏡、汽車降溫劑、鐵架臺及附件、半封閉式電爐、錐形瓶、單質碘、數字溫度計、無級調壓器、萬用電表、“6V 10W”機床用小燈泡、燈座、導線等.

4 設計思路

4.1 以實驗為主線,以學生為主體

課堂上安排了利用冰鹽混合物做降溫劑，進行人工造霜、觀察碘的升華、觀察碘的凝華共三個分組實驗,并設計了模擬冰窗花、升華吸熱凝華放熱、燈泡變黑、現場制取干冰觀察其升華過程、用干冰制造人工煙霧等演示實驗,既體現了物理學科的特點,又充分體現了學生自主學習的特點,讓學生在做中學.

4.2 踐行“從生活走向物理,從物理走向社會”的課程理念

本節課的教學思路大體是“情境——實驗——分析——應用”,先展示《西游記》中的場景圖片，現場演示人工煙霧實驗引入課題,引發學生思考,再通過實驗觀察兩種物態變化,并對實驗進行分析從而建立升華和凝華的概念,然后通過實驗得出升華吸熱和凝華放熱的規律,最后應用所學知識聯系實際,分析有關現象.在實驗探究中獲取知識,在體驗和邏輯推理中滲透方法,提高學生的物理核心素養.

5 教學目標

(1) 通過分組實驗和演示實驗,觀察、分析物態變化過程,建立升華和凝華的概念.了解生活中的升華和凝華現象.

(2) 通過實驗探究，知道升華要吸熱、凝華要放熱.在探究中培養學習興趣,體會科學知識的實際應用.

6 教學流程

7 教學過程

7.1 課前準備

教師準備好小冰塊和食鹽,在上課前三分鐘,布置各小組組長在干燥的易拉罐中裝入大半罐冰,再灑上兩勺鹽,輕輕搖幾下,靜置在桌上,等候觀察.

7.2 創設情境,引入課題

展示《西游記》中“官封弼馬溫”煙霧劇照.

教師:同學們,這個電視真的是在天上拍的嗎？像白云一樣流動的煙霧是如何制作的？想看嗎？下面我們請出一位神秘嘉賓.

演示實驗：人工煙霧，先在一個搪瓷碗里倒上大半碗熱水,再將厚布袋套住二氧化碳滅火器的噴嘴,拔出保險銷,按壓四五次,制取適量干冰(先對學生講是白色固體),給每個小組分發(為后面建立升華概念作鋪墊),將剩余部分倒入碗中,看到翻滾的白色煙霧(如圖1).

圖1

教師:這位神秘嘉賓是誰？用它產生的白色固體是什么？白色固體能制造煙霧的奧秘是什么？大家想知道嗎？這就是本節課我們要探討的內容——升華和凝華.

7.3 觀察實驗,建立概念

7.3.1 知識回顧

教師:舞臺上的煙霧實際上是“白氣”，我們用別的方法也能制造“白氣”.

演示實驗:用汽車降溫劑(先說明是無毒的)在空中噴一下,產生大量的“白氣”(如圖2).提問:“白氣”是什么？它是怎樣產生的？

引導學生分析:“白氣”是空氣中的水蒸氣液化成小水滴飄浮在空中形成的霧.

圖2

教師:水蒸氣液化要放熱,說明降溫劑能吸收熱量,能起到迅速降溫的作用.它的主要成分是液態二氧化碳，那么它是怎樣起到降溫作用的？

引導學生分析:液態的二氧化碳迅速汽化,在瞬間吸收大量的熱,起到急劇降溫的效果.

7.3.2 觀察思考

演示實驗:模擬冰窗花.如圖3所示，先讓學生觀察平面鏡正面和背面(將塑料底板中心剪掉一部分),再一手將平面鏡水平持住,另一手用汽車降溫劑對準背面噴五六次,噴霧時噴嘴距鏡子約6cm，發現原本干燥清晰的鏡面模糊不清了.

圖3

教師:是產生了水附在上面嗎？用手摸一摸,是干的還是濕的？

演示:用塑料卡片刮一下,能刮起像雪花一樣的東西.提問:這個實驗說明了什么？學生回答：氣體直接變成了固體.

7.3.3 動手實驗

教師:冰和鹽的混合物也是一種降溫劑,它的溫度最低可以達到零下20攝氏度.現在請大家觀察桌上的易拉罐外表面出現了什么？

如圖4所示，學生能知道是霜，引導學生分析:霜和冰的特征有明顯不同,霜是由微小的冰晶附在物體表面形成的.易拉罐表面開始并沒有水,加入冰和鹽后,易拉罐溫度急劇降低,霜是由周圍的水蒸氣遇到冷的易拉罐形成的.

圖4

教師:這個實驗說明了什么？

學生：氣態的水蒸氣可以直接變成固態的小冰晶.

教師:物理學中,把物質由氣態直接變為固態的現象叫做凝華.

7.3.4 觀察思考

教師:剛才分發給大家的白色固體現在還有嗎？

學生：沒有了(或減少了).

引導學生分析:白色固體并沒有熔化變成液體.

教師:這說明了什么？

學生：白色固體直接變成了氣體跑到空氣中了.

教師:物理學中,把物質由固態直接變為氣態的現象叫做升華.

7.3.5 動手實驗，觀察碘的升華和凝華

教師:其他物質是否可以發生升華和凝華呢？各小組桌上有一個碘錘,管壁是清晰、干燥、干凈的,管內裝有顆粒狀的碘晶體,想要觀察到碘是否發生了明顯的升華和凝華,要怎么辦？

引導學生設計實驗:如圖5所示，手持碘錘的手柄,將管身泡在熱水中進行加熱,觀察碘的升華;然后取出碘錘,讓管身豎直,觀察碘的凝華.

圖5

學生分組實驗:觀察碘的升華(水浴法)，教師巡視指導，學生完成后,由學生解說其操作過程和觀察到的現象.

學生分組實驗:觀察碘的凝華，實驗完成后,由學生解說觀察到的現象.

7.4 實驗探究,得出規律

教師:前面我們學習過的四種物態變化過程都有吸熱或放熱的條件,那么升華和凝華的吸放熱情況是怎樣的？

引導學生分析:在實驗中我們對玻璃管加熱,碘就吸收了熱量,發生了明顯的升華現象,所以升華要吸熱;停止加熱后,玻璃管開始冷卻,碘蒸氣溫度下降,放出熱量,看到碘蒸氣逐漸凝華變成碘晶體,所以凝華要放熱.

教師:同學們的分析很有道理.今天我給大家準備了一個實驗,能直觀地說明升華和凝華的吸放熱規律.

演示實驗:如圖6所示，將兩只相同的錐形瓶置于電爐中央上方相同高度處,其中一只加入一藥匙的碘顆粒,另一只不加,用橡膠塞蓋好,各插入一支數字溫度計測量瓶內溫度,溫度計規格相同,保證探頭高度相同.打開電爐電源加熱三分鐘,再關閉電爐,停止加熱,并將電爐移開.指導學生將觀察到的現象記錄在下表中.

過程碘瓶內的溫度/℃空瓶內的溫度/℃溫度變化多少/℃溫度變化快慢初溫末溫初溫末溫碘瓶空瓶碘瓶空瓶結論加熱升溫 冷卻降溫

引導學生分析:加熱時兩只瓶吸收的熱量基本相同,瓶內溫度上升快慢不同,碘瓶內部溫度上升明顯更慢,而且看到碘晶體升華變為紫色的碘蒸氣,說明碘升華要吸熱;停止加熱后,瓶子對外界放熱,觀察到碘蒸氣逐漸減少,凝華成碘晶體,碘瓶內溫度下降更慢,說明碘凝華要放熱.

7.5 聯系實際,學以致用

教師：霜是如何形成的？

學生:水蒸氣溫度急劇降低,凝華變為小冰晶附在物體表面.

教師：人工煙霧是如何形成的？

學生:固態的干冰升華吸收大量的熱,使周圍空氣中的水蒸氣溫度降低液化成小水滴飄浮在空氣中,形成“白氣”.

教師：白熾燈用久了會有什么現象？

學生:白熾燈泡用久了會變黑.

引導學生分析:白熾燈泡用久了會發黑,說明鎢絲發生了升華和凝華.燈泡工作時,燈絲溫度高,有微量的鎢發生升華變為鎢蒸氣;燈泡停止工作時,鎢蒸氣溫度急劇降低,凝華變為鎢晶體粉末附在玻璃泡的內壁上,長時間以后燈泡就變黑了.

教師:這種現象要經過比較長的時間才能看得出來,但在實驗條件控制下可以在短時間內實現,大家想看看嗎？

演示實驗:如圖7所示，取新的“6V 10W”小燈泡兩只,用無級調壓器對其中一只供電,將電壓從0逐漸調到13V,持續30—60秒,再將電壓調回零,讓學生看到燈絲并沒有熔斷,再與另一只進行對比,觀察其是否變黑.最后進行課堂小結.

圖7